Измерительное и испытательное оборудование для лабораторий, производства, телекоммуникаций

Технология GPS

gps.jpg

Global Positioning System (или сокращенно GPS) представляет собой спутниковую систему навигации, которая обеспечивает измерение расстояния и времени и определяет местоположение объектов во всемирной системе координат WGS 84.

С помощью GPS-системы можно практически при любой погоде определить местонахождение и скорость объекта почти в любой точке Земного шара (исключение – приполярные области) и околоземном космическом пространстве.

Данную систему разработало, реализовало и эксплуатирует Минобороны США, хотя сейчас GPS доступна для ее использования в гражданских целях по всему миру. Для этого необходим лишь навигатор либо иное устройство (к примеру, смартфон), снабженное GPS-приемником.

Диапазоны спутниковых сигналов:

  • L1 = 1575,42 МГц;

  • L2 = 1227,60 МГц;

  • L5 = 1176,45 МГц.

Сегменты GPS

Тремя основными сегментами GPS являются:

  • космический;

  • управляющий;

  • пользовательский.

GPS-спутниками транслируется сигнал из космоса, который используется всеми приемниками GPS для вычисления своего положения в пространстве по трем координатам в реальном времени.

Космический сегмент: спутники, вращающиеся на средней орбите Земли.

Управляющий сегмент: главная управляющая станция и некоторое число дополнительных станций, а кроме того, наземные антенны и станции мониторинга.

Пользовательский сегмент: GPS-приемники в ведении гос. институтов и миллионы устройств обычных пользователей.

gps-2.jpg

Области применения

  • Геодезия (определение точных координат точек и границ земельных участков)

  • Картография (гражданская, военная)

  • Навигация (морская, дорожная)

  • Спутниковый мониторинг транспорта (мониторинг положения и скорости авто, контроль над их передвижением)

  • Сотовая связь

  • Тектоника плит (наблюдение за движением и колебаниями плит)

  • Активный отдых (игры с применением GPS) и др.

История

Рождение идеи спутниковой навигации датируется еще 1950-ми годами. После запуска в СССР (1957 год) первого искусственного спутника Земли ученые из США во главе с Ричардом Кершнером в ходе наблюдений сигнала, исходящего от этого спутника, обнаружили интересный факт. Было замечено, что благодаря эффекту Доплера при приближении спутника происходило увеличение частоты принимаемого сигнала и, наоборот, при его отдалении частота уменьшалась.

В чем же заключалась суть открытия? А именно в том, что, зная свои точные координаты на Земле, можно было определить положение и скорость спутника и также, наоборот, обладая данными о точном положении спутника, можно измерить свою скорость и координаты.

С 1964 года в СССР шла разработка теории позиционирования, на основе которой были сформулированы требования в отношении построения навигационных систем по спутникам. Запуск первого спутника глобальной системы позиционирования (позднее переименована в ГЛОНАСС) произошел в 1982 году. Затем ряд неудачных пусков с потерей спутников привел к приостановлению развертывания системы, а начало «перестройки» совсем охладило интерес власти к ней. Понимание ее необходимости пришло лишь на фоне успешности американской системы GPS.

gps-3.jpgВ 1973 году была инициирована программа DNSS, которую позже переименовали в Navstar-GPS, а еще позднее – в GPS. В июле 1974 года был выведен на орбиту первый тестовый спутник. Когда же в 1982 году, как указано выше, был запущен первый спутник советской глобальной системы позиционирования, в США стала понятна необходимость ускориться. Шла холодная война, набирала обороты гонка вооружений. Американский конгресс выделил деньги и работы стали активнее.

Интенсивно они пошли в 1983 году, а необходимый последний 24-й спутник для полного покрытия поверхности Земли был запущен через 10 лет, в 1993 году. GPS-система встала на вооружение. Ее использование позволяло точно наводить ракеты сначала на неподвижные, а потом и на движущиеся объекты как на земле, так и в воздухе.

Изначально глобальная система позиционирования GPS задумывалась как исключительно военный проект. Но гражданское значение она получила после трагедии со сбитым в воздушном советском пространстве в 1983 году самолетом «Боинг-747», унесшей жизни находившихся на борту пассажиров и членов экипажа. Этот самолет, вторгшийся в воздушное пространство СССР, был сбит советским истребителем близ острова Сахалин по причине, как было озвучено, дезориентации экипажа в пространстве.

Для недопущения повторения подобных ситуаций президентом США Рональдом Рейганом было разрешено использование системы в гражданских целях по всему миру. Чтобы избежать использования GPS-системы для военных нужд, ее точность с помощью специального алгоритма была уменьшена.

Через время появились данные о расшифровке данного алгоритма некоторыми компаниями на частоте L1 и успешном компенсировании этой составляющей ошибки. Загрубление в 2000 году было отменено указом президента США Билла Клинтона.

Настоящее время

Указанными 24 спутниками обеспечивается полная, в любой точке Земли работоспособность системы, однако они не всегда могут гарантировать уверенный прием, а также хороший расчет позиции. В связи с этим с целью увеличить точность позиционирования и иметь резерв на случай сбоев на орбиту было запущено большее количество спутников.


Автор: , «ПРОФКОН»